世界是物质的,物质是运动的,运动是物质的固有属性,是物质存在的形式。人体也不例外,人体运动是绝对的,为了描述人体或器械的运动状态,必须选定一个参考系(参照物)作为标准。参考系的选取是任意的。选择不同的参考系观察同一物体的运动,结果可能会不同。例如,站在地面上的人,观察汽车里的人在向前运动,这是以地面为参考系,汽车里的人与地面的相对位置发生了变化;若以汽车为参考系,人和汽车的相对位置没有发生变化,人是静止的。这就是物理运动和静止的相对性。
通常根据研究问题的不同,可以选取两类不同的参考系:
(一)惯性参考系
将地球、相对于地球静止或相对于地球做匀速直线运动的物体作为参考物,称为惯性参考系,也称为静参考系。例如,跑步时经常选地面为参考系,单杠圆环时常选单杠为参考系,有时为了拍摄动作会树立标杆作为参考物。多数情况下判断人体是否运动,是以设置在地面上的起跑线、跳远踏板、单杠等作为参考物。这些物体相对于地球都是静止不动的,称为惯性参考系。
(二)非惯性参考系
将相对于地球做变速运动或相对于惯性参照系做变速运动的物体作为参考物,称为非惯性参考系,也称为动参考系。体育运动中,研究人体肢体环节局部运动时,通常以运动时人体质心作为参照系,因为运动中质心位置不断变化,所以是动参考系。例如,游泳时要研究臂的划水路线,通常选择肩关节为参考物。
(三)坐标系
确定参考系,只能定性地描述人体或器械的运动情况,为了定量研究人体或器械相对于参考系位置的变化,必须在参考系上建立坐标系。坐标系是参考系的数学抽象,具有参考原点、参考方向、参考单位。通常用的直角坐标系,分为一维坐标系、二维坐标系和三维坐标系。
1.一维坐标系
一维坐标系是指选某一坐标为坐标原点,以某个方向为正方向,选择适当的标度建立一个坐标轴,就构成了一维坐标系(图3-4)。适于描述物体在一维空间运动(即物体沿一条直线运动)时物体的位置。如100 m跑、游泳等可以近似地看成在一维坐标系上的运动。
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图3-4 一维坐标系
2.二维坐标系
二维坐标系又称平面直角坐标系,如果人体的运动是在一个平面上,这个运动从两个方向去分析。由原点引出两条坐标轴分别置于水平位置和垂直位置,取向右与向上的方向分别为两条数轴(Ox、Oy)的正方向(图3-5)。
图3-5 平面直角坐标系
3.三维坐标系
人体运动通常是三维空间的运动,需要用三维坐标(x、y、z)来表示,三维坐标系是在二维坐标系的基础上根据右手定则增加z轴而形成的,又称空间坐标系(图3-6)。
图3-6 三维坐标系
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